《WLF方程的推导》课件.pptVIP

*****************什么是WLF方程玻璃态转变动力学方程WLF方程是描述高分子材料粘度与温度关系的经验公式,可用于预测和描述材料在玻璃态转变温度以上的粘度变化规律。自由体积理论基础WLF方程基于自由体积理论,通过关联自由体积与分子链运动性来解释高分子材料在不同温度下的粘度行为。广泛应用于材料科学WLF方程广泛应用于高分子材料、金属玻璃等各类非牛顿流体的粘度预测和热力学性质分析。玻璃态转变温度玻璃态转变温度材料在降温过程中由液态转变为固态的临界温度点。这个温度点以下,材料进入玻璃态。玻璃态的特点玻璃态材料没有长程有序结构,表现为无定形固体的性质,具有高粘度和硬脆的特点。玻璃态转变温度的测定通常使用差热分析或动态机械分析等实验方法来测定材料的玻璃态转变温度。自由体积理论的引入分子结构特征自由体积理论认为分子间距离和构象变化会影响材料的宏观性能。热力学基础自由体积理论建立在热力学原理基础之上，考虑温度和压力对材料性质的影响。分子动力学自由体积理论描述了分子在不同温度和压力下的运动行为和体积变化规律。自由体积与分子量的关系分子量的影响分子量越大，分子链越长，同等温度下分子间的自由体积就越大。这意味着较高分子量的聚合物在相同温度条件下具有更高的自由体积。链长与自由体积分子链越长，链节间的自由体积就越大。因此，在相同温度下，分子量更高的高聚物往往具有更大的自由体积。自由体积与粘度自由体积的增加会降低分子链的摩擦阻力,从而降低材料的粘度。这就是分子量对粘度产生影响的根本原因。自由体积对粘度的影响自由体积理论指出,分子链段运动所需的空间(即自由体积)是决定高分子材料粘度的关键因素。自由体积的大小与分子量、温度等密切相关,随之对材料的黏度性质产生显著影响。自由体积粘度(Pa·s)从图中可以看出,随着温度升高,材料的自由体积增加,粘度显著降低。这说明自由体积的变化是导致粘度-温度关系非线性的主要原因之一。宏观效应与微观机制分子动力学机制粘度-温度关系受到材料内部分子尺度的动力学过程影响,包括分子链的运动、缠结、解缠等微观效应。宏观物理效应从整体上看,材料的粘度-温度特性反映了其体积变化、自由体积以及相变等宏观物理特性。多尺度关联WLF方程是将微观分子机制与宏观物理效应联系起来的经验公式,描述了分子尺度与连续介质尺度之间的内在联系。WLF方程的基本形式WLF方程描述了温度对高分子材料粘度的影响。该方程由Williams、Landel和Ferry于1955年提出,是常见的经验性粘度温度关系式。WLF方程采用自由体积理论,利用两个参数C1和C2来描述不同材料的温度依赖性。WLF方程的基本形式如下：log(η/ηg)=-C1(T-Tg)/(C2+T-Tg)其中，η为任意温度T下的粘度，ηg为玻璃态转变温度Tg下的粘度。C1和C2为两个经验参数。WLF方程的两个重要参数C1参数C1参数代表温度降低1度时自由体积的相对减少量。它反映了温度对自由体积的影响程度。C2参数C2参数代表玻璃化温度下的自由体积。它反映了材料在玻璃化温度下的自由体积大小。参数关系C1和C2参数共同决定了材料的粘度-温度关系，是WLF方程的关键参数。参数C1和C2的确定方法1实验测量法通过测量不同温度下材料的粘度值,并应用WLF方程拟合,可以直接确定参数C1和C2。这是最常用的确定方法。2理论推导法基于自由体积理论,可以通过推导的方式计算出C1和C2的理论表达式,从而确定这两个参数。3结构参数法通过分子结构参数如玻璃转移温度Tg等,利用经验公式也可以推算出C1和C2的值。参数C1和C2的物理意义C1的物理意义C1参数描述了温度对自由体积的影响程度。它反映了温度变化导致自由体积变化的动力学过程。C1越大，表示温度变化对自由体积的影响越敏感。C2的物理意义C2参数描述了物质在玻璃态转变温度附近自由体积的变化幅度。它反映了温度越接近玻璃态转变温度,自由体积的变化越剧烈。C2越大,说明自由体积对温度的依赖性越强。WLF方程适用的条件1温度范围WLF方程通常适用于玻璃态转变温度附近的温度范围。2分子量WLF方程适用于高分子材料，分子量一般在10^3-10^6g/mol之间。3无定形结构WLF方程主要适用于无定形态高分子材料，不适用于结晶态材料。4简单流体WLF方程假设材料为简单流体，不考虑复杂的分子间相互作用。WLF方程的局限性适用温度范围有限WLF方程主要适用于玻璃态转变温度附近的温度区间。在距离玻璃态转变温度较远的温度下，其预测效果会变差。不能描述相变对粘度的影响WLF方程